[发明专利]尼龙6和天然纤维复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料制备领域，具体涉及一种尼龙6和天然纤维复合材料的制备方法。

背景技术

复合材料以高强度、节能等不可替代的优势在材料科学领域占有一席之地，但许多复合材料的废弃带来日益严重的环境问题。随着人们环保意识的不断增强，可再生、可持续利用与可降解生物材料的应用倍受关注和重视，而天然纤维作为一种价廉、质轻、比强度和比刚度高、可自然降解的环保型材料尤其受到学者的关注，因此，天然纤维增强复合材料的研究和开发成为新世纪的研究热点，如中国专利CN102532661A、CN101003667A、CN102002859A，分别公开了聚乙烯、聚乳酸、聚氨酯和天然纤维复合材料的制备方法。

尼龙6（PA6）作为一种工程塑料，它具有优良的力学性能，又具有耐磨、耐油、耐溶剂、自润滑、自熄性、耐腐蚀性以及良好的加工性能等优点。因而，PA6和天然纤维复合材料有很大的应用潜质。然而，尼龙6的熔融加工温度一般在230至250??C，在此温度下天然纤维的性能会产生严重的下降，因而这种传统的成型方法对天然纤维和尼龙6复合材料的制备是不可行的。

尼龙6复合材料的反应加工以阴离子聚合尼龙6为基体，是在碱金属引发剂和活化剂共同催化下，在150??C至180℃聚合0.5至1.5h，转化率高达95%以上，分子量在8至10万，结晶度能达到45%以上。与普通水解尼龙6相比，阴离子聚合尼龙6有聚合温度低、反应速率快、转化率高、强度和弹性模量高的特点。所以，如采用阴离子聚合尼龙6和天然纤维进行反应加工，则可避免高温对天然纤维性能的不利影响，而且可以得到高性能的天然纤维复合材料。

遗憾的是，目前为止，关于天然纤维和尼龙6反应加工方面的研究尚未有报道。可能是因为阴离子聚合对合成环境的要求极为苛刻，反应过程中很容易被质子类杂质阻聚。而天然纤维的主要成分是纤维素，是由许多D-吡喃葡萄糖酐彼此以??-1,4苷键连接而成的线性大分子，纤维素分子的重复单元中每一基环内都含有3个高活性羟基，这些羟基很容易发生氧化、酯化、醚化、接枝共聚等反应。所以天然纤维与阴离子聚合尼龙6反应过程中会发生许多的物理和化学反应，这些反应可能会阻碍到阴离子聚合的进行。因此，传统的阴离子聚合尼龙6的聚合体系也是不能直接用于天然纤维复合材料的反应加工的。

发明内容

本发明的目的是提供一种尼龙6和天然纤维复合材料的制备方法。

一种尼龙6和天然纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、对天然纤维进行预处理，除去其中含有的胶质、油脂、PVA、灰分杂质；将氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠和碳酸钠分别按3g/L、3%重量百分比和2%重量百分比的量溶解于去离子水中搅拌均匀，然后按1:50的重量比加入天然纤维，升温到90至100 ℃，在搅拌下处理3至5h；

步骤二、将预处理后的天然纤维置于温度为-45??C，真空度9Pa的冷冻干燥机中干燥24h，然后在140至180 ℃和真空条件-0.03至-0.09MPa下预热；

步骤三、将尼龙6单体己内酰胺升温至80至130 ℃，熔融后抽真空排水10至20min，然后加入引发剂并抽真空排水10至20min，最后再加入活化剂，混合均匀后再抽真空排水5至20min，制得活性料；

步骤四、将步骤三制备好的活性料加入到天然纤维中，天然纤维的重量为活性料重量的1%至200%；迅速抽真空至-0.03至-0.09MPa，在聚合温度140至180 ℃下，聚合0.5至1.5h，冷却后，即得到尼龙6和天然纤维复合材料。

更进一步的方案是：所述的引发剂为己内酰胺溴化镁，加入量为尼龙6单体己内酰胺的0.3至2.4mol%。

更进一步的方案是：所述的活化剂为HDI、TDI、MDI；碳酸二苯酯、对苯二甲酸二甲酯；N-乙酰基己内酰胺、氨基己内酰胺、双酰化内酰胺-1,6-己二胺中的一种或几种，加入量为单体的0.3至2.4mol%。

更进一步的方案是：所述的天然纤维为木纤维、麻纤维、棉纤维、竹纤维、藤纤维、草纤维、麦秸、稻草、稻壳、甘蔗纤维、椰纤维、花生壳和纯纤维素、改性纤维素中的一种或几种。

更进一步的方案是：所述的天然纤维的形态选自纤维直径小于100nm的纳米纤维、长度为0.2～10mm的短纤维、长度为10~50mm的长纤维、连续纤维中的至少一种。

更进一步的方案是：所述的连续纤维为织物纤维、纤维毡或立体纤维。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：